Das IATF/KIT koordiniert das Verbundprojekt MODEP und bearbeitet den Blasen- und Partikeltransport in der Schwarmströmung. Im Mittelpunkt stehen experimentelle Untersuchungen an einzelnen Blasen sowie numerische Analysen zum Transport von Blasen und aerosolgetragenen Partikeln. Auf Basis dieser Daten wird ein neues statistisches Modell zur Beschreibung des Dekontaminationsfaktors in Schwarmströmungen entwickelt. Darüber hinaus wird die Anwendung des Modells in COCOSYS vorbereitet und bewertet. Damit verbindet das Teilprojekt experimentelle Daten, CFD-basierte Analysen und modellbasierte Systemcode-Anwendungen.
In diesem Teilprojekt wird die Zweiphasenströmung in der Einspeisungszone unter realistischen Einspeisebedingungen experimentell mittels ultraschneller Röntgen-Computertomographie (ROFEX) untersucht. Dabei werden insbesondere die Blasengrößenverteilungen und die Phasengrenzflächen charakterisiert. Auf Grundlage dieser experimentellen Daten wird das in OpenFOAM implementierte Hybridmodell MultiMorph zur Beschreibung des Zerfalls großer Blasen qualifiziert und weiterentwickelt. Große Blasen werden dabei mit einem VOF-ähnlichen Ansatz, kleinere Blasen hingegen mit einem Zwei-Fluid-Modell beschrieben. Der Übergang zwischen den beiden Morphologien (unregelmäßig geformten Großblasen, annähernd kugel- bzw. ellipsoidförmigen Blasen) wird durch geeignete Modellierungsansätze abgebildet.
Ziel ist es, die Übergangszone zwischen den unterschiedlichen Blasenmorphologien zuverlässig zu bestimmen und die daraus resultierenden Eintrittsrandbedingungen für die nachfolgende Schwarmströmung abzuleiten. Dabei steht insbesondere die Bestimmung der Blasengrößenverteilung am Übergang von der Einspeisungs- zur Schwarmströmungszone im Fokus.
Im Rahmen des Verbundvorhabens MODEP wird die Modellierung des Dekontaminationsfaktors (DF) in Pool-Scrubbing-Prozessen adressiert. Innerhalb des Projektes werden sowohl Integralmodelle für den Gesamtprozess als auch Separatmodelle für die Schwarmströmung betrachtet. Im weiteren Verlauf wird der Lumped-Parameter-Code COCOSYS um die neuen Integral- und Separatmodelle erweitert und hinsichtlich Aussagefähigkeit bei typischen Unfallszenarien bewertet.
Die Arbeitsgruppe PSS bringt dabei ihre Expertise in der Validierung und Entwicklung zur nuklearen Sicherheitsbewertung ein. Ziel der Arbeit ist die simulationsbasierte Analyse und Validierung des innerhalb der Arbeitsgruppe entwickelten Integralmodells. Es wird ein Anlagendatensatz zur Modellierung von SMR-Unfallszenarien erweitert, um physikalische Effekte auf die Partikelrückhaltung zu quantifizieren. Anschließend erfolgt die Validierung des Modells anhand von Experimentdaten, um die Vorhersagegüte zu bewerten und systematische Abweichungen zu identifizieren.
Kurzbeschreibung von BwUni München (Teilprojekt D):
Im Teilprojekt der UniBw München werden detaillierte Einzelblasensimulationen in turbulenter Hintergrundströmung durchgeführt, welche die hochgradig mehrskaligen und instationären Strömungsphänomene in Pool Scrubbing Prozessen adäquat widerspiegeln. Die DNS-Simulationen werden mit dem dedizierten Mehrphasenlöser PARIS durchgeführt, welcher sich durch eine akkurate Grenzflächenbehandlung und minimale numerische Dissipation bestens für grenzflächen- und turbulenzauflösende Simulationen eignet. Die zu erstellende Datenbasis umfasst eine Variation einiger der wichtigsten Einflussparameter des Problems (Blasengrößen, Partikeldurchmesser, Partikeldichten) und liefert Validierungsdaten für die ressourcenschonenden CFD-Simulationen wie auch die statistische Modellierung. Im wissenschaftlichen Fokus steht die komplexe Partikeldynamik im Inneren der Blasen und deren Interaktion mit den dynamischen Grenzflächen und den beiderseitigen Grenzschichten.